KR20170114810A - 박막 증착 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 챔버 내의 기판 상에 소스가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 소스가스 중 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계; 상기 기판 상에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 소스가스를 퍼지하는 퍼지단계; 및 상기 기판 상에 반응가스를 공급하고 싱글 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 1 플라즈마 처리 단계와 상기 퍼지가스를 공급하고 듀얼 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 2 플라즈마 처리 단계를 포함하는 플라즈마 처리 단계;를 포함하며, 상기 각 단계에서는 상기 퍼지가스가 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 박막 증착 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층 증착법을 이용한 박막 증착 방법에 관한 것이다.
전자 소자의 집적화에 따라 원자층 증착법으로 나노 단위의 박막을 균일하게 증착하는 기술이 개발되고 있다. 한편, 실리콘 질화막 공정은 점차 고온에 대한 민감도가 증가함에 따라 공정온도를 저감하려는 노력이 진행되고 있으며 이의 일환으로 플라즈마를 이용한 저온공정의 개발이 수행되고 있다. 다이렉트 플라즈마를 이용한 질화막을 트렌치나 홀과 같은 단차 구조에 형성하는 경우, 단차 구조 측부에 형성된 질화막의 막질이 상대적으로 저하되는 문제점이 나타나고 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개공보 제2004-0107428호(2004.12.20.공개, 발명의 명칭:질화막의 막질 개선 방법 및 반도체 장치의 제조 방법)가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 단차 구조 측부에 형성된 박막의 막질을 개선할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 박막 증착 방법이 제공된다. 상기 박막 증착 방법은 챔버 내의 기판 상에 소스가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 소스가스 중 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계; 상기 기판 상에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 소스가스를 퍼지하는 퍼지단계; 및 상기 기판 상에 반응가스를 공급하고 싱글 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 1 플라즈마 처리 단계와 상기 퍼지가스를 공급하고 듀얼 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 2 플라즈마 처리 단계를 포함하는 플라즈마 처리 단계;를 포함하며, 상기 각 단계에서는 상기 퍼지가스가 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 박막 증착 방법은 상기 플라즈마 처리 단계 이후 상기 기판 상에 상기 퍼지가스를 제공하는 플라즈마 퍼지단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 제 1 플라즈마 처리 단계와 상기 제 2 플라즈마 처리 단계에 발생되는 플라즈마는 복수개의 펄스를 갖는 펄스형 플라즈마일 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 제 1 플라즈마 처리 단계는 고주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 제 2 플라즈마 처리 단계는 고주파 전원과 저주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 흡착단계 내지 상기 플라즈마 처리 단계 동안 저주파 전원이 지속적으로 인가될 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 흡착단계와 상기 퍼지단계에는 상기 반응가스가 지속적으로 공급될 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 흡착단계와 상기 퍼지단계 및 상기 플라즈마 퍼지단계에는 상기 반응가스가 지속적으로 공급될 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 고주파 전원은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위를 가지며, 상기 저주파 전원은 300 KHz 내지 600 KHz의 주파수 범위를 가질 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 흡착단계 내지 상기 플라즈마 처리 단계를 단위사이클로 하여 상기 단위사이클을 적어도 2회 이상 수행할 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 소스가스는 실란, 디실란, 트리메틸시릴(TMS), 트리스(디메틸아미노)실란(TDMAS), 비스(3차-부틸아미노)실란(BTBAS) 및 디클로로실란(DCS) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 반응가스는 암모니아가스(NH3)를 포함하거나 질소가스(N2)와 수소가스(H2)의 혼합가스를 포함할 수 있다.
상기 박막 증착 방법에서, 상기 저주파 전원의 파워는 상기 고주파 전원의 파워 보다 더 낮을 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 박막의 막질을 균일하게 개선할 수 있는 박막 증착 방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 반응단계를 구체적으로 도해하는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 구현하는 박막 형성 장치의 구성을 개념적으로 도해하는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 박막 증착 방법으로 구현한 박막의 막질을 실험한 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 반응단계를 구체적으로 도해하는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 구현하는 박막 형성 장치의 구성을 개념적으로 도해하는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 박막 증착 방법으로 구현한 박막의 막질을 실험한 결과를 나타낸 도면이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 상기 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것일 수 있다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명에서 언급하는 불활성가스는 희가스(rare gas)를 의미할 수 있다. 희가스는, 구체적으로, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 가스를 말한다. 따라서, 본 발명에서 언급하는 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명에서 언급하는 불활성가스는 질소나 이산화탄소를 포함하지 않는다.
본 발명에서 언급하는 고주파 전원과 저주파 전원은 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 인가되는 전원으로서, RF 전력의 주파수 범위를 기준으로 상대적으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 고주파 전원은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위를 가질 수 있으며, 저주파 전원은 300 KHz 내지 600 KHz의 주파수 범위를 가질 수 있다.
본원에서 언급하는 플라즈마는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 방식에 의하여 형성될 수 있다. 상기 다이렉트 플라즈마 방식은, 예를 들어, 반응가스 및 후처리가스를 전극과 기판 사이의 처리공간에 공급하고 고주파 전력을 인가함으로써, 반응가스 및 후처리가스의 플라즈마가 챔버 내부의 처리공간에서 직접 형성되는 방식을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 질화막을 예시적으로 상정하여 본 발명의 여러 실시예들을 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 질화막에만 한정되는 것이 아님은 명백하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 도해하는 순서도이고, 도 2는 반응단계를 구체적으로 도해하는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은 챔버 내의 기판 상에 소스가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 소스가스 중 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계(S110); 상기 기판 상에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 소스가스를 퍼지하는 퍼지단계(S120); 및 상기 기판 상에 상기 소스가스와는 다른 별도의 가스를 플라즈마 상태로 제공함으로써 물리적 또는 화학적 반응이 일어나는 플라즈마 처리 단계(S200);를 순차적으로 포함한다. 나아가, 흡착단계(S110), 퍼지단계(S120) 및 플라즈마 처리 단계(S200)에서는 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스가 지속적으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법에서, 필요에 따라서는, 흡착단계(S110), 퍼지단계(S120) 및 플라즈마 처리 단계(S200)를 단위사이클로 하여 상기 단위사이클을 적어도 2회 이상 수행할 수도 있다.
도 2에서 플라즈마 처리 단계(S200)는 상기 기판 상에 반응가스를 공급하고 싱글 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 1 플라즈마 처리 단계(S210) 및 상기 퍼지가스를 공급하고 듀얼 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)를 포함할 수 있다. 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)는 고주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리되는 단계를 포함할 수 있으며, 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)는 고주파 전원과 저주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리되는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 제 1 플라즈마 처리 단계(S210) 및 제 2 플라즈마 처리 단계(S220) 사이에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하는 단계를 더 수행할 수도 있다. 이러한 퍼지가스는 기판 상에 흡착된 소스가스와 물리적 및/또는 화학적으로 반응하고 기판 상에 잔류하는, 상기 반응가스의 적어도 일부를 기판으로부터 제거할 수 있다.
플라즈마 처리 단계(S200)를 수행한 결과 단위증착막을 형성할 수 있다. 단위증착막은 형성하고자 하는 최종적인 박막을 구성하는 단위막으로서, 예를 들어, 단위 사이클을 N회(N은 1 이상의 양의 정수)만큼 반복하여 수행하는 경우 최종적으로 형성되는 박막은 N개의 상기 단위증착막으로 구성될 수 있다. 특히, 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)에서는 단위증착막에 함유되어 있는 불순물이 물리적 및/또는 화학적 방법으로 제거되며, 단위증착막의 막질이 더욱 양호하게 개선될 수 있다.
한편, 플라즈마 처리 단계(S200)에서 발생되는 플라즈마는 복수개의 펄스를 갖는 펄스형 플라즈마일 수 있다. 예를 들어, 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)와 제 2 플라즈마 처리 단계(S220) 사이에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하는 단계가 수행되는 경우, 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)와 제 2 플라즈마 처리 단계(S220) 사이에 플라즈마가 기판 상에 제공되지 않는 단계가 존재하므로, 플라즈마 처리 단계(S200) 동안 기판 상에 제공되는 플라즈마는 제 1 플라즈마와 제 2 플라즈마가 단속되어 제공되는 형태로 이해되며, 결국 2개의 펄스형 플라즈마가 제공되는 것으로 볼 수 있다.
이와 달리, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는, 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)와 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)가 중간에 별도의 다른 단계가 개재되지 않고 연속적으로 수행될 수 있으며, 이 경우, 제 1 플라즈마와 제 2 플라즈마가 단락없이 연속적으로 기판 상에 제공되는 형태로 이해될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법에서, 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)와 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)에서 각각 발생되는 플라즈마 자체는 펄스를 가지지 않는 단일 플라즈마이거나 복수개의 펄스를 갖는 펄스형 플라즈마일 수 있다.
본 발명자는 제 1 플라즈마 및 제 2 플라즈마 중에서 적어도 어느 하나의 플라즈마가 고주파 전원 및 저주파 전원을 동시에 사용하여 구현되는 경우 박막의 막질이 개선됨을 확인하였다. 특히, 상술한 단위 사이클을 구성하는 단계들 중에서 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)에 적용되는 제 2 플라즈마를 고주파 전원 및 저주파 전원을 동시에 사용하여 구현할 경우, 최종적으로 형성되는 박막의 막질이 현저하게 개선됨을 확인하였다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은, 플라즈마 처리 단계(S200) 이후 상기 기판 상에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하는 플라즈마 퍼지단계(S300)를 더 포함할 수 있다. 플라즈마 퍼지단계(S300)에서 제공되는 퍼지가스는 플라즈마화된 가스 및 부산물 등을 기판으로부터 퍼징할 수 있다.
한편, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법에서, 반응가스는 흡착단계(S110)와 퍼지단계(S120)에서 지속적으로 챔버 내부로 공급될 수 있으며, 또는, 반응가스는 흡착단계(S110), 퍼지단계(S120) 및 플라즈마 퍼지단계(S300)에서 지속적으로 챔버 내부로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은 소소가스, 퍼지가스, 반응가스 등을 기판 상에 시분할 방식 또는 공간분할 방식으로 제공하는 원자층 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)에 의한 것으로 이해될 수 있다. 본 발명의 기술적 사상은, 소스가스 및 반응가스 등을 기판이 배치된 챔버 내에 시간에 따라 불연속적으로 공급함으로써 증착이 구현되는 시분할 방식 뿐만 아니라, 소스가스 및 반응가스 등이 공간적으로 이격되면서 연속적으로 공급되는 시스템 내에 기판이 순차적으로 이동함으로써 증착이 구현되는 공간분할 방식에도 적용될 수 있다.
제 1 단계(S110)에서는 챔버 내에 배치된 기판 상에 소스가스를 제공함으로써 상기 기판 상에 상기 소스가스의 적어도 일부가 흡착될 수 있다. 상기 기판은, 예를 들어, 반도체 기판, 도전체 기판 또는 절연체 기판 등을 포함할 수 있으며, 물론, 상기 기판 상에 임의의 패턴이나 층이 이미 형성되어 있을 수도 있다. 상기 흡착은 원자층 증착법에서 널리 알려진 화학적 흡착(Chemical Adsorption)을 포함할 수 있다.
상기 소스가스는 형성하고자 하는 박막의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
예를 들어, 형성하고자 하는 박막이 실리콘 질화막인 경우, 상기 소스가스는 실란, 디실란, 트리메틸시릴(TMS), 트리스(디메틸아미노)실란(TDMAS), 비스(3차-부틸아미노)실란(BTBAS) 및 디클로로실란(DCS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어, 형성하고자 하는 박막이 티타늄 질화막인 경우, 상기 소스가스는 TDMAT(Tetrakis(dimethylamino) titanium), TEMAT(Tetrakis (ethylmethylamino) titanium) 및 TDETAT(Tetrakis (diethylamino) titanium)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어, 형성하고자 하는 박막이 탄탈륨 질화막인 경우, 상기 소스가스는 Ta[N(CH3)2]5, Ta[N(C2H5)2]5, Ta(OC2H5)5 및 Ta(OCH3)5로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
물론, 상술한 박막과 소스가스의 종류는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상이 이러한 예시적인 물질의 종류에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착법에서는 상부전극(예를 들어, 샤워헤드)에 고주파 RF 전력을 인가하고, 상부전극(예를 들어, 샤워헤드) 또는 하부전극(예를 들어, 스테이지 히터)에 저주파 RF 전력을 인가하는 다이렉트 듀얼 플라즈마(direct dual plasma)를 사용하며, 박막을 형성하고 처리하는 과정에서 고주파 전원과 저주파 전원이 동시에 인가되는 시간을 확보함으로써, 최종적으로 구현하고자 하는 박막의 막질이 개선됨을 확인하였다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따르면, 다이렉트 플라즈마 공정에 있어 고주파 전원과 저주파 전원을 동시에 이용하여 구현한 플라즈마를 활용하여 단차 구조를 덮는 박막을 형성할 경우, 단차 구조의 측벽에 형성된 박막의 막질을 향상시킬 수 있다. 고주파 전원과 저주파 전원을 동시에 사용하여 기판 쪽으로 원자들을 당기는 힘을 강하게 하여 줌으로써 플라즈마 효율을 향상하여 측벽에 형성된 박막의 막질을 개선할 수 있다. 또한, 듀얼 주파수 전원을 인가함으로써 파워/압력에 따른 플라즈마의 시스(sheath) 영역이 변경됨에 따라 측벽에 형성된 박막의 막질을 개선할 수 있다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법에서 상술한 단계들을 순차적으로 포함하는 단위사이클을 N회(N은 1 이상의 정수) 반복하여 수행함으로써 최종적인 박막을 형성할 수 있다. 최종적으로 형성되는 박막이 질화막인 경우, 반응가스는 질소성분(N)을 함유하는 가스를 포함할 수 있다. 여기에서, 질소성분(N)을 함유하는 반응가스는 암모니아가스(NH3)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 질소성분(N)을 함유하는 반응가스는 질소가스(N2)와 수소가스(H2)의 혼합가스를 포함할 수도 있다. 특히, 반응가스가 질소가스(N2)와 수소가스(H2)의 혼합가스를 포함하는 경우, 퍼지가스로서 질소가스(N2)를 단위사이클 내내 주입하면서 단위증착막을 형성하는 단계(S210)에서만 추가로 수소가스(H2)를 제공하는 방식으로 반응가스의 제공을 구현할 수도 있다.
물론, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법에서는 흡착단계(S110), 퍼지단계(S120), 제 1 플라즈마 처리단계(S210) 및 제 2 플라즈마 처리단계(S220)를 포함하는 제 1 단위 사이클을 M 회(M은 2 이상의 정수) 수행한 후에, 플라즈마 퍼지단계(S300)를 순차적으로 수행할 수도 있으며, 나아가, 이러한 순서를 전체적으로 다시 반복하여 수행할 수도 있다. 또는, 흡착단계(S110), 퍼지단계(S120) 및 제 1 플라즈마 처리단계(S210)를 포함하는 제 1 단위 사이클을 M 회(M은 2 이상의 정수) 수행한 후에, 제 2 플라즈마 처리 단계(S220) 및 플라즈마 퍼지단계(S300)를 순차적으로 수행할 수도 있으며, 나아가, 이러한 순서를 전체적으로 다시 반복하여 수행할 수도 있다.
표 1은 본 발명의 다양한 실시예들과 비교예에 따른 박막 증착 방법에서 각 단계의 플라즈마 상태를 요약한 것이다.
표 1에서 제1단계는 상술한 흡착단계(S110), 제2단계는 상술한 퍼지단계(S120), 제3단계는 상술한 제 1 플라즈마 처리단계(S210), 제5단계는 상술한 제 2 플라즈마 처리 단계(S220)에 해당하며, 제4단계는 제 1 플라즈마 처리 단계(S210)와 제 2 플라즈마 처리 단계(S220) 사이에서 퍼지가스를 추가로 제공하여 퍼지하는 단계를 의미한다. 또한, 표 1에서 'OFF'는 해당 단계에서 플라즈마가 제공되지 않는 상태를 의미하며, 'HF'는 해당 단계에서 고주파 전원을 사용하여 플라즈마가 제공되는 상태를 의미하며, 'LF'는 해당 단계에서 저주파 전원을 사용하여 플라즈마가 제공되는 상태를 의미하며, 'HF/LF'는 해당 단계에서 고주파 전원 및 저주파 전원을 동시에 사용하여 플라즈마가 제공되는 상태를 의미한다.
| 제1단계 (소스가스) |
제2단계 (제1퍼지) |
제3단계 (반응가스) |
제4단계 (제2퍼지) |
제5단계 (후처리가스) |
|
| 실시예1 | OFF | OFF | HF | OFF | HF/LF |
| 실시예2 | OFF | HF | HF | HF | HF/LF |
| 실시예3 | OFF | LF | HF | LF | HF/LF |
| 실시예4 | LF | LF | HF | LF | HF/LF |
| 실시예5 | OFF | OFF | HF/LF | OFF | HF/LF |
| 실시예6 | OFF | HF | HF/LF | HF | HF/LF |
| 실시예7 | OFF | LF | HF/LF | LF | HF/LF |
| 실시예8 | LF | LF | HF/LF | LF | HF/LF |
| 비교예 | OFF | OFF | HF | OFF | HF |
표 1을 참조하면, 모든 실시예들에서, 퍼지가스를 제 2 플라즈마 상태로 제공하는 제 5 단계에서의 제 2 플라즈마는 고주파 전원 및 저주파 전원을 인가하여 제공된다. 그리고, 제 1 단계를 제외한 제 2 단계 내지 제 4 단계 중에서 적어도 어느 하나 이상의 단계에 고주파 전원을 사용하여 구현된 플라즈마가 기판 상에 더 제공될 수 있다.
또한, 실시예1 내지 실시예4에서는, 반응가스를 제 1 플라즈마 상태로 제공하는 제 3 단계에서의 제 1 플라즈마는 고주파 전원을 사용하여 구현될 수 있다. 물론, 실시예5 내지 실시예8에서는, 반응가스를 제 1 플라즈마 상태로 제공하는 제 3 단계에서의 제 1 플라즈마는 고주파 전원 및 저주파 전원을 동시에 인가하여 구현될 수 있다. 한편, 실시예8에서는 제 1 단계 내지 제 5 단계 동안 저주파 플라즈마가 기판 상에 지속적으로 인가되는 경우에 해당한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 구현하는 박막 형성 장치의 구성을 개념적으로 도해하는 도면들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(W)이 장입될 수 있는 챔버(40)는 샤워헤드(42) 및 스테이지 히터(44)를 포함할 수 있다. 기판(W)은 스테이지 히터(44) 상에 장착된다. 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전력이 전극의 역할을 담당하는 샤워헤드(42) 및/또는 스테이지 히터(44)에 인가되어 샤워헤드(42) 및 스테이지 히터(44) 사이의 공간에 플라즈마(P)가 형성된다. RF 전력이 생성되는 제너레이터(10, 20)와 챔버(40) 사이에 매칭부(15, 25, 35)가 개재되어 정합을 구현할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 제 1 제너레이터(10)에서 생성된 고주파 RF 전력이 전극의 역할을 담당하는 샤워헤드(42)에 인가되고, 제 2 제너레이터(20)에서 생성된 저주파 RF 전력이 전극의 역할을 담당하는 스테이지 히터(44)에 인가될 수 있다. 즉, 고주파 전원이 인가되는 전극은 챔버 내에서 기판 보다 상부에 위치하며, 저주파 전원이 인가되는 전극은 챔버 내에서 기판 보다 하부에 위치할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제 1 제너레이터(10)에서 생성된 고주파 RF 전력 및 제 2 제너레이터(20)에서 생성된 저주파 RF 전력은 전극의 역할을 담당하는 샤워헤드(42)에 모두 인가될 수 있다. 고주파 전원이 인가되는 전극 및 저주파 전원이 인가되는 전극은 모두 챔버 내에서 기판 보다 상부에 위치할 수 있다.
통상적인 플라즈마 강화 원자층 증착법(PEALD)의 경우, 상부전극에 고주파 전원을 인가하여 구현된 플라즈마를 사용하여 박막을 증착한다. 하지만, 고주파 전원을 인가하여 구현된 플라즈마를 사용할 경우, 플라즈마의 직진성으로 인하여 단차 구조 중 상부/바닥(top/bottom)에 형성된 박막의 막질에 비해 측벽(side)에 형성된 박막의 막질이 저하되어 후속의 식각 공정에서 취약함을 나타낸다. 하지만 챔버의 상측에 고주파 전원을 인가하되 챔버의 상측 또는 하측에 저주파 전원을 동시에 인가하여 구현된 플라즈마를 사용하게 되면, 저주파 전원으로 구현된 플라즈마로 인한 이온화된 원자의 움직임이 기판 쪽으로 향하게 되어 플라즈마에 대한 효과를 극대화시켜 패턴 내 막질도 개선할 수 있음을 확인하였다.
뿐만 아니라, 저주파 전원의 파워(power)를 증가하면 플라즈마의 영역이 변경되어 이는 플라즈마의 시스(sheath) 영역을 변경시킬 수 있어 이를 이용하면 패턴 내 측벽 부분에 형성되는 박막의 막질을 개선시킬 수 있다.
플라즈마를 구현하는 과정에서 고주파 전원 보다 저주파 전원이 낮은 파워를 가지도록 인가될 수도 있다.
한편, 플라즈마를 구현하는 과정에서 고주파 전원과 저주파 전원은 서로 다른 시간에 인가될 수 있으나 적어도 최소 한 번 이상은 고주파 전원 및 저주파 전원이 동시에 인가될 수 있다.
예로서, 플라즈마 구현 과정에서 저주파 전원을 고주파 전원 보다 먼저 온(ON) 시키고 저주파 전원이 온(ON) 되어 있는 동안 고주파 전원이 온(ON) 되는 방식을 사용할 수 있다. 또는, 증착이 진행되는 동안 저주파 전원이 계속 온(ON) 되어 있는 상태에서 고주파 전원이 공정 단계에 따라 온(ON)/오프(OFF)를 반복할 수도 있다.
지금까지 설명한 내용들을 조합하면 다양한 구체적인 실시예들이 도출 가능하다.
구체적인 제 1 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 수행한 이후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계, 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버 내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 반복하여 원하는 두께로 성장시키는 원자층 증착방법에서, 플라즈마 구현은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 수행되되 HF 전원과 LF 전원을 모두 사용하며 HF 전원이 인가되는 전극은 기판보다 위에 위치하며, LF 전원이 인가되는 전극은 기판 보다 아래에 위치할 수 있다.
구체적인 제 2 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 먼저 수행한 후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계와 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 일정 횟수 반복하고 후처리를 진행하여 이를 원하는 두께만큼 반복하여 진행하는 원자층 증착방법에서, 플라즈마 구현은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 수행되되 플라즈마를 구현하는 과정에서 일정 횟수 반복 동안은 HF 전원을 사용하고 후처리 동안은 HF 전원과 LF 전원을 모두 사용하고 HF 전원이 인가되는 전극은 기판보다 위에 위치하며, LF 전원이 인가되는 전극은 기판보다 아래에 위치할 수 있다.
구체적인 제 3 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 먼저 수행한 후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계와 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 반복하여 원하는 두께로 성장시키는 원자층 증착방법에서, 플라즈마를 구현하는 과정에서 LF 전원은 모든 단계에서 인가되며, HF 전원은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 인가되며 HF 전원이 인가되는 전극은 기판보다 위에 위치하며, LF 전원이 인가되는 전극은 기판보다 아래에 위치할 수 있다.
구체적인 제 4 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 수행한 이후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계, 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버 내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 반복하여 원하는 두께로 성장시키는 원자층 증착방법에서, 플라즈마 구현은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 수행되되 HF 전원과 LF 전원을 모두 사용하고 HF 전원이 인가되는 전극 및 LF 전원이 인가되는 전극은 기판 보다 위에 위치할 수 있다.
구체적인 제 5 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 먼저 수행한 후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계와 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 일정 횟수 반복하고 후처리를 진행하여 이를 원하는 두께만큼 반복하여 진행하는 원자층 증착방법에서, 플라즈마 구현은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 수행되되 일정 횟수 반복동안은 HF 전원을 사용하고 후처리 동안은 HF 전원과 LF 전원을 모두 사용하고 HF 전원이 인가되는 전극 및 LF 전원이 인가되는 전극은 기판 보다 위에 위치할 수 있다.
구체적인 제 6 예로, 기판이 챔버 내부로 이송되는 단계, 기판이 히터에 안착하는 단계를 먼저 수행한 후에, 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계와 챔버를 퍼지하는 단계, 챔버내 반응가스를 공급하는 단계와 반응가스를 퍼지하는 단계를 반복하여 원하는 두께로 성장시키는 원자층 증착방법에서, 플라즈마를 구현하기 위한 LF 전원은 모든 단계에서 인가되며, HF 전원은 원료를 챔버 내부로 공급하는 단계 외의 나머지 단계 중 하나 이상에서 인가되며 HF 전원과 LF 전원을 모두 사용하고 HF 전원이 인가되는 전극 및 LF 전원이 인가되는 전극은 기판 보다 위에 위치할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 박막 증착 방법으로 구현한 박막의 막질을 실험한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 패턴 내 고주파 전원을 인가하여 구현된 플라즈마를 이용하여 질화막 증착(비교예) 후 SEM 이미지와 습식 식각(Wet etch) 후 질화막의 SEM 이미지, 고주파 전원 및 저주파 전원을 동시에 인가하여 구현된 플라즈마를 이용하여 질화막 증착(실시예) 후 SEM 이미지와 습식 식각(Wet etch) 후 질화막의 SEM 이미지이다.
HF plasma(비교예), HF + LF plasma(실시예)를 이용한 질화막 증착 후 도포율(Setp coverage)은 모두 100% 인 것을 확인할 수 있다. 하지만 습식 식각 후 도포율 확인시 HF plasma만 사용한 질화막(비교예)의 경우 패턴 내 측벽의 질화막이 상단(Top)이나 바닥(bottom) 대비 많이 식각된 것을 확인할 수 있다. 하지만 HF + LF plasma를 이용하여 증착한 질화막(실시예)의 경우 습식 식각 후에서 100%의 도포율을 유지한 것을 확인할 수 있었다. 이는 패턴 내 상부(top)와 바닥(bottom)과 측벽(side)의 막질이 동일한 것을 의미한다.
한편, LF 전원의 파워를 적절히 조절하여 상부(top)가 강한 막질을 구현하거나, 상부(top) 및 측벽(side)이 동일하게 강한 막질을 구현하거나, 측벽(side)만 강한 막질을 구현하도록 조절할 수 있다. 예를 들어, LF 전원의 파워가 증가될 경우 측벽(side) 막질은 개선되나 상부(top)의 막질이 저하될 수 있으며, LF 전원의 파워가 상대적으로 감소될 경우 측벽(side) 막질과 상부(top)의 막질이 개선될 수 있으며, LF 전원의 파워가 상대적으로 더욱 감소될 경우에는 HF 전원만 사용하는 경우와 거의 동일한 막질이 나타날 수 있다. 이러한 원인으로는 LF 플라즈마 대비 HF 플라즈마는 직진성이 매우 강해서 상부(top)의 막을 형성할 때 파워를 높여 강하게 때리면 막 내의 댕글링 본드 등을 발생시키고 원소 간의 결합력을 약화시켜 막질을 무르게 하는 요인으로 작용하기 때문인 것으로 이해된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (14)
- 챔버 내의 기판 상에 소스가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 소스가스 중 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계;
상기 기판 상에 질소가스와 불활성가스 중 적어도 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 소스가스를 퍼지하는 퍼지단계; 및
상기 기판 상에 반응가스를 공급하고 싱글 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 1 플라즈마 처리 단계와 상기 퍼지가스를 공급하고 듀얼 주파수 전원을 인가하여 플라즈마 처리하는 제 2 플라즈마 처리 단계를 포함하는 플라즈마 처리 단계;
를 포함하며,
상기 각 단계에서는 상기 퍼지가스가 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는,
박막 증착 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 처리 단계 이후 상기 기판 상에 상기 퍼지가스를 제공하는 플라즈마 퍼지단계;를 더 포함하는, 박막 증착 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 플라즈마 처리 단계와 상기 제 2 플라즈마 처리 단계에 발생되는 플라즈마는 복수개의 펄스를 갖는 펄스형 플라즈마인 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 플라즈마 처리 단계는 고주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 플라즈마 처리 단계는 고주파 전원과 저주파 전원이 인가되어 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡착단계 내지 상기 플라즈마 처리 단계 동안 저주파 전원이 지속적으로 인가되는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 흡착단계와 상기 퍼지단계에는 상기 반응가스가 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 흡착단계와 상기 퍼지단계 및 상기 플라즈마 퍼지단계에는 상기 반응가스가 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법. - 제 4 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고주파 전원은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위를 가지며, 상기 저주파 전원은 300 KHz 내지 600 KHz의 주파수 범위를 가지는, 박막 증착 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡착단계 내지 상기 플라즈마 처리 단계를 단위사이클로 하여 상기 단위사이클을 적어도 2회 이상 수행하는 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 소스가스는 실란, 디실란, 트리메틸시릴(TMS), 트리스(디메틸아미노)실란(TDMAS), 비스(3차-부틸아미노)실란(BTBAS) 및 디클로로실란(DCS) 중 어느 하나를 포함하는, 박막 증착 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 불활성가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 박막 증착 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응가스는 암모니아가스(NH3)를 포함하거나 질소가스(N2)와 수소가스(H2)의 혼합가스를 포함하는, 박막 증착 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 저주파 전원의 파워는 상기 고주파 전원의 파워 보다 더 낮은 것을 특징으로 하는, 박막 증착 방법.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190088276A (ko) * | 2018-01-18 | 2019-07-26 | 주성엔지니어링(주) | 기판 처리 방법 |
| WO2023146248A1 (ko) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | 주성엔지니어링(주) | 박막 제조방법 및 박막 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06326026A (ja) * | 1993-04-13 | 1994-11-25 | Applied Materials Inc | 半導体装置の薄膜形成方法 |
| JP2001035806A (ja) * | 1999-07-22 | 2001-02-09 | Nec Corp | 半導体薄膜の製造方法 |
| KR20150102679A (ko) * | 2014-02-28 | 2015-09-07 | 주식회사 원익아이피에스 | 질화막의 제조방법 및 질화막의 압축 응력 제어방법 |
-
2016
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06326026A (ja) * | 1993-04-13 | 1994-11-25 | Applied Materials Inc | 半導体装置の薄膜形成方法 |
| JP2001035806A (ja) * | 1999-07-22 | 2001-02-09 | Nec Corp | 半導体薄膜の製造方法 |
| KR20150102679A (ko) * | 2014-02-28 | 2015-09-07 | 주식회사 원익아이피에스 | 질화막의 제조방법 및 질화막의 압축 응력 제어방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190088276A (ko) * | 2018-01-18 | 2019-07-26 | 주성엔지니어링(주) | 기판 처리 방법 |
| WO2023146248A1 (ko) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | 주성엔지니어링(주) | 박막 제조방법 및 박막 |
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